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DIN-Normenausschuss Kunststoffe (FNK)

Einführungsbeitrag

Die Auflistung der thermischen Beständigkeitseigenschaften von Elektroisolierstoffen wurde, solange sie zu Beginn der Entwicklung auf Betriebserfahrungen beruhte, als unzweckmäßig befunden, und zwar wegen der schnellen Entwicklung in der Polymer- und Isoliertechnologie und weil lange Zeiträume erforderlich waren, um zu zuverlässigen Betriebserfahrungen zu kommen. Es waren daher beschleunigte Alterungs- und Prüfverfahren erforderlich, um die benötigten Informationen zu erhalten. Die Reihe der Normen nach IEC 60216 wurde entwickelt, um diese Verfahren und die Interpretation deren Ergebnisse zu formalisieren. Für die Alterungsvorgänge wurden physikalisch-chemische Prozesse postuliert, die zu der nahezu allgemeinen Annahme der Arrhenius-Gleichungen zur Beschreibung der Rate des Alterungsablaufes führten. Hieraus ergab sich das Konzept des Temperaturindex als eines Ein-Punkt-Kennwertes, der auf Messwerten aus beschleunigten Alterungsverfahren beruhte. Dieser stellt den Zahlenwert der Temperatur dar, bei der die Zeit zur Minderung einer ausgewählten Eigenschaft bis zum Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes festgelegt wird (wobei dieselbe üblicherweise 20 000 Stunden beträgt). Der Ausdruck "Arrhenius" wird in größerem Umfange verwendet (und auch so verstanden), um mit ihm eine lineare Beziehung zwischen dem Logarithmus des Kehrwertes einer Zeit und dem Kehrwert der zugehörigen thermodynamischen (absoluten) Temperatur aufzuzeigen. Im strengeren Sinne beschränkt sich der Ausdruck eigentlich auf die Beziehung zwischen einer Konstanten für eine Reaktionsgeschwindigkeit und der thermodynamischen Temperatur. In dem verallgemeinerten Verständnis wird dieser Ausdruck innerhalb dieser Norm durchgehend angewandt. Die gefundene große statistische Streuung der Prüfergebnisse zeigte, zusammen mit dem häufigen Auftreten einer merklichen Abweichung von dem idealen Arrhenius-Verhalten, die Notwendigkeit von Prüfungen zur Abschätzung der Gültigkeit des zugrunde gelegten physikalisch-chemischen Modells. Die Anwendung herkömmlicher statistischer Tests, wie sie in IEC 60493-1 zusammengestellt sind, erfüllten diese Forderung mit der Ermittlung der Vertrauensgrenze (TC) für TI, aber der einfache Ein-Punkt-Wert des TI wurde weiterhin als unzureichend angesehen, das Beständigkeitsverhalten der Werkstoffe zu beschreiben. Dies führte zum Konzept des thermischen Beständigkeitsprofils (TEP) in der 2. Ausgabe dieses Teils von IEC 60216 , in welches sowohl der Temperaturindex als auch seine Änderung mit der Lagerungstemperatur sowie eine Vertrauensgrenze einbezogen wurden. Ein erschwerender Faktor ist die Tatsache, dass die Eigenschaften der einer Warmlagerung ausgesetzten Werkstoffe sich nicht alle mit der gleichen Rate verschlechtern und dass unterschiedliche Grenzwerte für verschiedene Anwendungsgebiete angebracht erscheinen. Hieraus resultierend kann einem Werkstoff mehr als ein Temperaturindex zugeschrieben werden, wie sich dies beispielsweise aus der Messung unterschiedlicher Eigenschaften und der Festlegung unterschiedlicher Grenzwerte ergibt. Im weiteren Verlauf zeigte sich jedoch, dass der im TEP enthaltene statistische Vertrauensbereich weitgehend nicht verstanden bzw. nicht angewandt wurde. Die statistischen Prüfungen wurden aber weiterhin als wesentlich angesehen, insbesondere nachdem sie teilweise durch geringfügige Abänderungen den praktischen Gegebenheiten besser angepasst werden konnten: Das Konzept des Halbzeitintervalls (HIC) wurde eingeführt, um die Rate der Änderung der Ausfallzeit mit der Temperatur darzustellen. Das thermische Beständigkeitsprofil TEP wurde danach aufgegeben, da Temperaturindex TI und Halbzeitintervall HIC in einer Form angegeben werden, die aufzeigt, ob die statistischen Anforderungen voll erfüllt sind. Gleichzeitig wurden die Berechnungsverfahren umfassender gestaltet, um eine vollständige statistische Überprüfung der Ergebnisse zu ermöglichen, und zwar für alle Arten von Prüfverfahren, einschließlich des Sonderfalles von teilweise unvollständigen Messreihen. Die Berechnungsverfahren (bis dahin ziemlich verwickelt) wurden durch die Anwendung von Computerprogrammen, die auch auf preisgünstigen PC einsetzbar sind, anwendungsfreundlicher gestaltet. Ein vereinfachtes Berechnungsverfahren ist in IEC 60216-8 beschrieben. Der hier vorliegende Teil 1 der IEC 60216 legt die allgemeinen Bedingungen bei der Warmlagerung und Verfahren zur Ermittlung thermischer Langzeitkennwerte fest und vermittelt eine Anleitung zum Gebrauch von Vorschriften und Leitlinien in den anderen Teilen dieser Norm. Obgleich diese Verfahren ursprünglich für die Anwendung bei Elektroisolierstoffen und einfachen Kombinationen aus solchen Materialien entwickelt wurden, wird für sie jetzt eine breitere Anwendbarkeit in Erwägung gezogen und sie werden daher in größerem Umfang bei der Beurteilung von Werkstoffen eingesetzt, die nicht zum Gebrauch als elektrische Isolierungen vorgesehen sind. Bei der Anwendung dieser Norm wird angenommen, dass eine praktisch lineare Beziehung zwischen dem Logarithmus der Zeit, die für eine vorgegebene Eigenschaftsänderung benötigt wird, und dem Kehrwert der zugehörigen absoluten Temperatur besteht (Arrhenius-Beziehung). Für eine aussagefähige Anwendung dieser Norm sollte in dem untersuchten Temperaturbereich kein Übergang, insbesondere kein Übergang erster Ordnung vorliegen. Zuständig ist das DKE/K 183 "Bewertung und Qualifizierung von elektrischen Isolierstoffen und Isoliersystemen" der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE.

Änderungsvermerk

Gegenüber DIN EN 60216-1 (VDE 0304-21):2002-09 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) die Ausführungen zu den Verfahren zur vereinfachten Auswertung wurden aus der Norm herausgenommen. Diese Verfahren werden in einer neuen, eigenen Norm IEC 60216-8 ausführlich vorgestellt.

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Zuständiges nationales Arbeitsgremium

DKE/K 183 - Bewertung und Qualifizierung von elektrischen Isolierstoffen und Isoliersystemen